JPH0342641B2 - - Google Patents
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- JPH0342641B2 JPH0342641B2 JP59220017A JP22001784A JPH0342641B2 JP H0342641 B2 JPH0342641 B2 JP H0342641B2 JP 59220017 A JP59220017 A JP 59220017A JP 22001784 A JP22001784 A JP 22001784A JP H0342641 B2 JPH0342641 B2 JP H0342641B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- dielectric film
- grating
- receiving window
- film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
- H10F77/00—Constructional details of devices covered by this subclass
- H10F77/40—Optical elements or arrangements
- H10F77/413—Optical elements or arrangements directly associated or integrated with the devices, e.g. back reflectors
Landscapes
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
- Optical Integrated Circuits (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は光電変換素子と導波路形光回路とを備
えた光半導体集積回路に関する。
えた光半導体集積回路に関する。
従来の技術
半導体レーザや発光ダイオードなどの発光デイ
バイスから光信号を検知し、これを増幅するこ
と、あるいは、この検知結果に基いてスイツチン
グ動作を実行することなどの回路動作は、フオト
ダイオードやフオトトランジスタ等の光電変換素
子で光信号を電気信号に変換した後になされてい
る。光信号を電気信号に変換するにあたり従来
は、光電変換素子領域上に受光窓を形成し、外部
からの光を直接光電変換素子の受光領域へ入力し
ておこなつていた。〔例えば、水野博之「オプト
エレクトロニクス−基礎と応用−」（昭和53年７
月25日）、日刊工業新聞社、P92〕 発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは、受光窓の
面積が光電変換素子の大きさにより制限を受ける
ため十分な光量を光電変換素子に入力することが
できないし、また、発光デイバイスを光電変換素
子の極く近傍に設置しなければならず、設計位置
の自由度がなく受、発光素子を機器等へ装着する
にあたり不便であつた。
バイスから光信号を検知し、これを増幅するこ
と、あるいは、この検知結果に基いてスイツチン
グ動作を実行することなどの回路動作は、フオト
ダイオードやフオトトランジスタ等の光電変換素
子で光信号を電気信号に変換した後になされてい
る。光信号を電気信号に変換するにあたり従来
は、光電変換素子領域上に受光窓を形成し、外部
からの光を直接光電変換素子の受光領域へ入力し
ておこなつていた。〔例えば、水野博之「オプト
エレクトロニクス−基礎と応用−」（昭和53年７
月25日）、日刊工業新聞社、P92〕 発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは、受光窓の
面積が光電変換素子の大きさにより制限を受ける
ため十分な光量を光電変換素子に入力することが
できないし、また、発光デイバイスを光電変換素
子の極く近傍に設置しなければならず、設計位置
の自由度がなく受、発光素子を機器等へ装着する
にあたり不便であつた。
本発明は、発光デイバイス等から出射された光
を受ける受光窓を光電変換素子領域以外に形成す
ることを可能にして、受光窓の大きさの設定を光
電変換素子の大きさによる制限を受けることのな
い自由なものとし、かつ、外部からの光を受ける
受光窓の位置、ひいては発光デイバイスの設置位
置にも自由度を付与することを目的とするもので
ある。
を受ける受光窓を光電変換素子領域以外に形成す
ることを可能にして、受光窓の大きさの設定を光
電変換素子の大きさによる制限を受けることのな
い自由なものとし、かつ、外部からの光を受ける
受光窓の位置、ひいては発光デイバイスの設置位
置にも自由度を付与することを目的とするもので
ある。
問題点を解決するための手段
上記の不都合を排除できる本発明の光半導体集
積回路は、表面が絶縁膜で覆われた半導体基板中
に作り込まれた光電変換素子の受光領域上の前記
絶縁膜を除去して形成した第１の受光窓と、同第
１の受光窓上を覆い、かつ、前記絶縁膜上にまで
のびる第１の誘電体膜と、前記第１の受光窓上に
位置する前記第１の誘電体膜の上部に設けた第１
のグレーテイングと、前記第１の誘電体膜上を覆
う第２の誘電体膜と、同第２の誘電体膜上で前記
第１のグレーテイング形成位置とは異る部分に形
成した第２のグレーテイングと、前記第２の誘電
体膜上を覆う第３の誘電体膜と、同第３の誘電体
膜上を覆い前記第２のグレーテイング上に第２の
受光窓をもつ光遮蔽膜とを具備するとともに、前
記第１，第２および第３の誘電体膜の屈折率n1，
n2およびn3がn2＞n1≧n3の関係を成立させる値に
選定されていることである。
積回路は、表面が絶縁膜で覆われた半導体基板中
に作り込まれた光電変換素子の受光領域上の前記
絶縁膜を除去して形成した第１の受光窓と、同第
１の受光窓上を覆い、かつ、前記絶縁膜上にまで
のびる第１の誘電体膜と、前記第１の受光窓上に
位置する前記第１の誘電体膜の上部に設けた第１
のグレーテイングと、前記第１の誘電体膜上を覆
う第２の誘電体膜と、同第２の誘電体膜上で前記
第１のグレーテイング形成位置とは異る部分に形
成した第２のグレーテイングと、前記第２の誘電
体膜上を覆う第３の誘電体膜と、同第３の誘電体
膜上を覆い前記第２のグレーテイング上に第２の
受光窓をもつ光遮蔽膜とを具備するとともに、前
記第１，第２および第３の誘電体膜の屈折率n1，
n2およびn3がn2＞n1≧n3の関係を成立させる値に
選定されていることである。
作 用
本発明の光半導体集積回路の構成によれば、外
部からの光信号が光電変換素子領域外に形成され
た受光窓に入射され、この光信号が第２のグレー
テイングを通して第２の誘電体膜で形成した導波
路形回路に閉じ込められ、光電変換素子の上にま
で伝送され、第１のグレーテイングから光電変換
素子の受光窓に光を放射させることにより光信号
を電気信号に変換することができる。
部からの光信号が光電変換素子領域外に形成され
た受光窓に入射され、この光信号が第２のグレー
テイングを通して第２の誘電体膜で形成した導波
路形回路に閉じ込められ、光電変換素子の上にま
で伝送され、第１のグレーテイングから光電変換
素子の受光窓に光を放射させることにより光信号
を電気信号に変換することができる。
実施例
本発明の光半導体集積回路の一実施例を第１図
の断面図を参照して説明する。
の断面図を参照して説明する。
図示する構造は、例えば、ｐ形シリコン基板１
にｎ形のコレクタ埋め込み層２を形成し、このｐ
形シリコン基板１の上に低不純物濃度のｎ形のエ
ピタキシヤル層３を成長させ、この後、ｎ形シリ
コンエピタキシヤル層３を貫通し、ｐ形シリコン
基板１まで達する深さのｐ形分離層４を形成して
ｎ形シリコンエピタキシヤル層をコレクタ領域と
なる島領域５に分離し、この島領域５の中にnpn
形トランジスタのベース領域６とエミツタ領域７
およびコレクタコンタクト領域８を形成し、さら
に上記の各領域を形成するための拡散処理中に形
成されたシリコン基板表面上の酸化シリコン膜９
を選択的に除去してベース領域６上にベースコン
タクト窓を、コレクタコンタクト領域８上にコレ
クタコンタクト窓を、そして、エミツタ領域上に
第１の受光窓１０を形成した後、ベースおよびコ
レクタのコンタクト窓部にAl，CuあるいはMoな
どの金属電極１１を形成し、その後、酸化シリコ
ン膜９上および第１の受光窓１０の上に選択的に
屈折率がn1の第１の誘電体膜１２を形成し、第１
の受光窓の上に位置する第１の誘電体部分の表面
に金属膜等でできた格子状の第１のグレーテイン
グ１３を写真蝕刻法により形成した後、第１の誘
電体膜１２の上に屈折率がn2の第２の誘電体膜１
４を形成し、つづいて、前記第１の受光窓とは異
るところに位置し、外部からの光を受け入れる第
２の受光窓が形成される部分に対応する第２の誘
電体部分の表面に金属膜等でできた格子状の第２
のグレーテイング１５を写真蝕刻法で形成し、そ
の後、第２の誘電体膜１４の上に屈折率がn3の第
３の誘電体膜１６を形成し、最後に、第２のグレ
ーテイング１５の上に位置する第３の誘電体膜部
分を除く他の表面全域に光を遮蔽する染料を含ん
だポリイミド系樹脂を形成し第２の受光窓１７を
形成する方法を採用することによつて実現され
る。
にｎ形のコレクタ埋め込み層２を形成し、このｐ
形シリコン基板１の上に低不純物濃度のｎ形のエ
ピタキシヤル層３を成長させ、この後、ｎ形シリ
コンエピタキシヤル層３を貫通し、ｐ形シリコン
基板１まで達する深さのｐ形分離層４を形成して
ｎ形シリコンエピタキシヤル層をコレクタ領域と
なる島領域５に分離し、この島領域５の中にnpn
形トランジスタのベース領域６とエミツタ領域７
およびコレクタコンタクト領域８を形成し、さら
に上記の各領域を形成するための拡散処理中に形
成されたシリコン基板表面上の酸化シリコン膜９
を選択的に除去してベース領域６上にベースコン
タクト窓を、コレクタコンタクト領域８上にコレ
クタコンタクト窓を、そして、エミツタ領域上に
第１の受光窓１０を形成した後、ベースおよびコ
レクタのコンタクト窓部にAl，CuあるいはMoな
どの金属電極１１を形成し、その後、酸化シリコ
ン膜９上および第１の受光窓１０の上に選択的に
屈折率がn1の第１の誘電体膜１２を形成し、第１
の受光窓の上に位置する第１の誘電体部分の表面
に金属膜等でできた格子状の第１のグレーテイン
グ１３を写真蝕刻法により形成した後、第１の誘
電体膜１２の上に屈折率がn2の第２の誘電体膜１
４を形成し、つづいて、前記第１の受光窓とは異
るところに位置し、外部からの光を受け入れる第
２の受光窓が形成される部分に対応する第２の誘
電体部分の表面に金属膜等でできた格子状の第２
のグレーテイング１５を写真蝕刻法で形成し、そ
の後、第２の誘電体膜１４の上に屈折率がn3の第
３の誘電体膜１６を形成し、最後に、第２のグレ
ーテイング１５の上に位置する第３の誘電体膜部
分を除く他の表面全域に光を遮蔽する染料を含ん
だポリイミド系樹脂を形成し第２の受光窓１７を
形成する方法を採用することによつて実現され
る。
なお、第２のグレーテイングの構造を第２図ａ
に、第１のグレーテイングの構造を第２図ｂに拡
大して示す。Ｌはグレーテイングの間隔、ｔは第
２の誘電体膜の厚さ、、θpは入射角、θ′pは出射角
である。
に、第１のグレーテイングの構造を第２図ｂに拡
大して示す。Ｌはグレーテイングの間隔、ｔは第
２の誘電体膜の厚さ、、θpは入射角、θ′pは出射角
である。
ところで、本発明の光半導体集積回路では、第
１、第２および第３の誘電体膜の屈折率n1，n2お
よびn3の間にn2＞n1≧n3の関係が成立する誘電体
膜を用いることが大切であり、この関係を成立さ
せなければ第２の誘電体膜に光を閉じ込め、伝送
することができない。
１、第２および第３の誘電体膜の屈折率n1，n2お
よびn3の間にn2＞n1≧n3の関係が成立する誘電体
膜を用いることが大切であり、この関係を成立さ
せなければ第２の誘電体膜に光を閉じ込め、伝送
することができない。
例えば、第２の誘電体膜にシリコン（Si）膜
（ｎ＝3.4）を使用した場合、第１および第３の誘
電体膜にポリエチレン膜（ｎ＝1.46）、窒化シリ
コン（Si3N4）膜（ｎ＝2.1）およびセレン（Se）
膜（ｎ＝2.4）などを用いる。さらに、第２の誘
電体膜にSe膜を使用した場合は、第１および第
３の誘電体膜にポリエチレン膜やSi3N4膜を用い
る。また、第２の誘電体膜にSi3N4膜を用いた場
合には、第１および第３の誘電体膜にポリエチレ
ン膜を用いる。
（ｎ＝3.4）を使用した場合、第１および第３の誘
電体膜にポリエチレン膜（ｎ＝1.46）、窒化シリ
コン（Si3N4）膜（ｎ＝2.1）およびセレン（Se）
膜（ｎ＝2.4）などを用いる。さらに、第２の誘
電体膜にSe膜を使用した場合は、第１および第
３の誘電体膜にポリエチレン膜やSi3N4膜を用い
る。また、第２の誘電体膜にSi3N4膜を用いた場
合には、第１および第３の誘電体膜にポリエチレ
ン膜を用いる。
次に、本発明の光半導体集積回路の動作及び動
作原理を説明する。
作原理を説明する。
シリコン基板１のエネルギーギヤツプ（Eg）
よりも大きなエネルギーを有する波長（λp）の光
信号が第２の受光窓１７を通して第２のグレーテ
イング１５に入射角θp（Ｏ＜｜θp｜＜π／２）で入射 されると、第１の誘電体膜１２、第２の誘電体膜
１４および第３の誘電体膜１６の各々の屈折率
n1，n2，n3の間にn2＞n1≧n3の関係が成立し、か
つ、下記に示す位相整合条件を成立さすと、光信
号が第２の誘電体膜の中に閉じ込められ、エミツ
タ領域７上に形成された第２のグレーテイング１
３にまで伝達される。
よりも大きなエネルギーを有する波長（λp）の光
信号が第２の受光窓１７を通して第２のグレーテ
イング１５に入射角θp（Ｏ＜｜θp｜＜π／２）で入射 されると、第１の誘電体膜１２、第２の誘電体膜
１４および第３の誘電体膜１６の各々の屈折率
n1，n2，n3の間にn2＞n1≧n3の関係が成立し、か
つ、下記に示す位相整合条件を成立さすと、光信
号が第２の誘電体膜の中に閉じ込められ、エミツ
タ領域７上に形成された第２のグレーテイング１
３にまで伝達される。
ここで、位相整合条件とは、第２の誘電体膜に
閉じ込められる入力光を伝播方向面に関して電磁
界を対称及び非対称モードに分け、マススウエル
電磁界方程式より境界条件を考慮して伝播方向の
成分を求めることにより第２の誘電体膜１４の厚
さｔと光信号の波長λpとｍ次伝播モードの伝播方
向の位相定数βmの関係が求まり、このβmが βm＝kpsinθp＋π・Ｎ／Ｌ の式を満足することである。
閉じ込められる入力光を伝播方向面に関して電磁
界を対称及び非対称モードに分け、マススウエル
電磁界方程式より境界条件を考慮して伝播方向の
成分を求めることにより第２の誘電体膜１４の厚
さｔと光信号の波長λpとｍ次伝播モードの伝播方
向の位相定数βmの関係が求まり、このβmが βm＝kpsinθp＋π・Ｎ／Ｌ の式を満足することである。
kpは自由空間中の固有波数、Ｎは伝播方向を定
める定数（Ｎ＝１ならば逆方向伝播）、Ｌはグレ
ーテイングの間隔である。
める定数（Ｎ＝１ならば逆方向伝播）、Ｌはグレ
ーテイングの間隔である。
このようにして、位相整合条件を満足する入射
角θp、第２の誘電体膜の厚さｔおよびグレーテイ
ングの間隔Ｌの値を決定すると、入射された光信
号は、第２の誘電体膜の光回路に閉じ込められエ
ミツタ領域７上に形成された第１のグレーテイン
グ１３にまで伝達される。この第１のグレーテイ
ング１３から光信号が出射角θ′pで出射され第１
の受光窓１０を通してエミツタ領域７に入射され
る。
角θp、第２の誘電体膜の厚さｔおよびグレーテイ
ングの間隔Ｌの値を決定すると、入射された光信
号は、第２の誘電体膜の光回路に閉じ込められエ
ミツタ領域７上に形成された第１のグレーテイン
グ１３にまで伝達される。この第１のグレーテイ
ング１３から光信号が出射角θ′pで出射され第１
の受光窓１０を通してエミツタ領域７に入射され
る。
エミツタ領域７では入射された光信号の大きさ
に応じた数の電子が発生し、この電子がベース領
域６へ注入され、この大部分がコレクタ領域５へ
到達し、電気信号として取り出される。この電気
信号は同一シリコン基板１中に形成された半導体
集積回路（図示せず）に伝達され、この電気信号
の増幅、検波あるいはこの電気信号に基づくスイ
ツチング動作が実行される。
に応じた数の電子が発生し、この電子がベース領
域６へ注入され、この大部分がコレクタ領域５へ
到達し、電気信号として取り出される。この電気
信号は同一シリコン基板１中に形成された半導体
集積回路（図示せず）に伝達され、この電気信号
の増幅、検波あるいはこの電気信号に基づくスイ
ツチング動作が実行される。
以上説明した実施例では、エミツタ領域上に第
１の受光窓を形成したが、ベース領域上に形成し
てもよい。また、光電変換素子としてnpnトラン
ジスタを使用したがフオトダイオードでもよい。
また、絶縁膜９と第１の誘電体の間に光遮蔽膜を
形成して光のもれが半導体素子に入り込まないよ
うにしてもよい。
１の受光窓を形成したが、ベース領域上に形成し
てもよい。また、光電変換素子としてnpnトラン
ジスタを使用したがフオトダイオードでもよい。
また、絶縁膜９と第１の誘電体の間に光遮蔽膜を
形成して光のもれが半導体素子に入り込まないよ
うにしてもよい。
この構造によれば、外部からの光信号を受ける
受光窓の大きさおよび位置を自由に選定すること
ができる。
受光窓の大きさおよび位置を自由に選定すること
ができる。
発明の効果
本発明によれば、外部からの光信号を受ける受
光窓を光電変換素子の大きさに関係なく、必要な
大きさに形成できるため、光量を多く取り入れる
ことができるし、また光電変換素子の大きさも小
さくすることができる。また受光窓の位置を自由
に変えることができるため、光デイバイスの位置
をも自由に変えられ装着等が楽になる。
光窓を光電変換素子の大きさに関係なく、必要な
大きさに形成できるため、光量を多く取り入れる
ことができるし、また光電変換素子の大きさも小
さくすることができる。また受光窓の位置を自由
に変えることができるため、光デイバイスの位置
をも自由に変えられ装着等が楽になる。
第１図は本発明の一実施例の拡大断面図、第２
図はグレーテイング部分の拡大図である。 ５……コレクタ領域、６……ベース領域、７…
…エミツタ領域、１０……第１の受光窓、１２…
…第１の誘電体膜、１３……第１のグレーテイン
グ、１４……第２の誘電体膜、１５……第２のグ
レーテイング、１６……第３の誘電体膜、１７…
…第２の受光窓、１８……光遮蔽膜。
図はグレーテイング部分の拡大図である。 ５……コレクタ領域、６……ベース領域、７…
…エミツタ領域、１０……第１の受光窓、１２…
…第１の誘電体膜、１３……第１のグレーテイン
グ、１４……第２の誘電体膜、１５……第２のグ
レーテイング、１６……第３の誘電体膜、１７…
…第２の受光窓、１８……光遮蔽膜。
Claims (1)
- １ 表面が絶縁膜で覆われた半導体基板中に作り
込まれた光電変換素子の受光領域上の前記絶縁膜
を除去して形成した第１の受光窓と、同第１の受
光窓上を覆い、かつ、前記絶縁膜上にまでのびる
第１の誘電体膜と、前記第１の受光窓上に位置す
る前記第１の誘電体膜の上部に設けた第１のグレ
ーテイングと、前記第１の誘電体膜上を覆う第２
の誘電体膜と、同第２の誘電体膜上で前記第１の
グレーテイング形成位置とは異る部分に形成した
第２のグレーテイングと、前記第２の誘電体膜上
を覆う第３の誘電体膜と、同第３の誘電体膜上を
覆い前記第２のグレーテイング上に第２の受光窓
をもつ光遮蔽膜とを具備するとともに、前記第
１，第２および第３の誘電体膜の屈折率n1，n2お
よびn3がn2＞n1≧n3の関係を成立させる値に選定
されていることを特徴とする光半導体集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220017A JPS6197606A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光半導体集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59220017A JPS6197606A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光半導体集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6197606A JPS6197606A (ja) | 1986-05-16 |
| JPH0342641B2 true JPH0342641B2 (ja) | 1991-06-27 |
Family
ID=16744625
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59220017A Granted JPS6197606A (ja) | 1984-10-18 | 1984-10-18 | 光半導体集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6197606A (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2640452B2 (ja) * | 1986-07-07 | 1997-08-13 | 富士写真フイルム株式会社 | 光波長変換素子 |
| EP0364163A3 (en) * | 1988-10-14 | 1991-11-21 | AT&T Corp. | Electro-optic device including opaque protective regions |
| JP3415817B2 (ja) * | 2000-08-28 | 2003-06-09 | アーベル・システムズ株式会社 | 太陽電池 |
| US9219177B2 (en) | 2010-04-07 | 2015-12-22 | International Business Machines Corporation | Photo detector and integrated circuit |
| JP6492788B2 (ja) * | 2015-03-06 | 2019-04-03 | 富士通株式会社 | 光デバイス及びその製造方法 |
-
1984
- 1984-10-18 JP JP59220017A patent/JPS6197606A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6197606A (ja) | 1986-05-16 |
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